JPS5824029B2 - Ｑ切替レ−ザ装置からの出力パルスの振幅を低減する方法および該ｑ切替レ−ザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ装置、特に抵抗のトリミングおよび他の
マイクロ仕上げ操作に用いられるレーザ装置であって、
連続ポンプ式繰返しＱ切替え可能なレーザ装置に関する
ものである。

連続ポンプ式繰返しＱ切替え可能なレーザ装置からのパ
ルス列の最初の数レーザパルスは、列になっている後続
パルスよりも遥かに犬でありうる。

このことは、レーザ装置がレーザの遷移と関連した自然
の減衰時間よりも長い時間に対してＱ切替されていない
場合あるいはＱ切替速度周期が自然の減衰時間周期の程
度であるがそれよりも小さい周期の場合に生ずる。

例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ装置に対しては、該レーザ
装置の出力が約５ミリ秒よりも不活発で、繰返し周期が
約ＩＫＨｚ以上である場合に生ずる。

Ｎｄ−ＹＡＧレーザ装置は薄膜抵抗トリミングおよび微
妙な、あるいは損傷を受けやすい物質についての他のマ
イクロ仕上げに用いられるので、レーザ装置の動作のシ
ーケンスは、それが損傷させる犬なる初期のパルスを発
生する領域内にある。

これらのパルスは敏感な物質に達しないように防止しな
くてはならない。

これまでは、これらの初期大パルスはレーザ装置のゲー
ト信号で作動される機械的シャッタで阻止され吸収され
、かつその機械的な時定数によって必要な最初のパルス
阻止が行なわれる。

しかし、最も早い機械的なシャッタによって数ミリ秒の
周期の間、ビームが阻止されるので、該シャッタの開閉
運動に伴なう時間はトリミングまたは他の仕上げプロセ
スで失なわれる。

多くの短かな仕上げ動作に対して、このようにして失な
われる時間の一部によって生産が著しく損失する。

更に、可動機械装置によっていくつかのパルスに対して
レーザが阻止されるので伝送されたパルスの始めを、ト
リミング装置あるいは他の仕上げ装置の運動と同期させ
る問題が生じるが、その理由はこれらの動作が異なる加
速度または速度の状態（プロフィル）、あるいはレーザ
の繰返し周期に対して同じ状態で開始しないためである
。

更に、１つあるいは数レーザパルスのみが必要であるよ
うな成るトリミング動作に対しては、有限の整数のパル
スのみを発生する信頼性のある方法は、機械的シャッタ
では可能ではない。

更にまた、機械的可動シャッタは摩耗を受けやすいので
、その寿命はその動作率に反比例する。

高トリミング率動作を行なうと、シャッタの寿命は過度
に短かくなる。

本発明はＱスイッチをゲートする前にある時間ポンピン
グレベルでかつ動作繰返し周期およびポンピング源レベ
ルでレーザパルス間の時間中に通常リカバーするであろ
うレベルを下らないレベルでレーザ媒体に蓄積されたエ
ネルギーを低減するのに十分な量だけ低減することによ
ってＱ切替えられるレーザ装置の一様な振幅の出力パル
スを与えるものである。

本発明の主たる目的は前記の欠点および先行技術の機械
的なシャッター装置の制限を排除することである。

本発明の他の目的はＱ切替えレーザ装置の出力パルス列
の開始で初期の高振幅出力パルスの振幅を該パルス列中
の残りのパルスの振幅レベルに実質的に低減する方法お
よび装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的はＱ切替えレーザ装置の出力パル
スの振幅を低減し、応答時間を最小化し、かつ出力パル
ス列の始めで損傷を与える大振幅パルスの振幅を低減す
るための電子的装置を提供することにある。

本発明の他の目的はＱ切替レーザ装置の出力パルスの振
幅を制御し、かつ摩耗する可動部分のない電子的装置を
提供することである。

本発明の他の目的は発明動作において遅延をもたらす何
らの可動部をもたないＱ切替レーザ装置の出力パルスの
振幅を制御する電子的装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、各レーザパルス列の始めで一定の
時間遅延が与えられ、抵抗のトリミングおよび他のマイ
クロ仕上げ装置の運動機構で最初に出るパルスを見つけ
出し同期させる補償が行なわれるＱ切替レーザ装置の出
力パルスの振幅を制御する電子的装置を提供することに
ある。

本発明の他の目的は簡素で経済的なＱ切替レーザ装置の
出力パルスの振幅を制御する電子的装置を提供すること
にある。

本発明の前記目的および他の目的、および利点は下記の
良好な実施例についての詳細な説明および添付図面から
明らかになるであろう。

次に本発明の詳細な説明する。

第１図は、従来の音波−光Ｑ切替レーザ装置の構成を示
す。

細長のＮｄ−ＹＡＧロッド１０が熱交換器１２に取付ら
れており、それを介して冷却液がポンプ１４および接続
管１６と１８によって循環している。

第２の熱交換器２０は、液をそこへ戻す前に冷却する上
流管１８の一部をなしているが、これが水道によって冷
却を行なっている。

レーザロッド１０の両端は露出しているのでその長手軸
はロッドの反対側終端から外側に間隔のとられた反射鏡
２２と２４間に邪魔されずに延長している。

レーザ装置は、また、連続的にポンプされた光源を備え
ている。

図示したＮｄ−ＹＡＧロッドに対して、光源は直流源２
８に接続されたクリプトンＫｒｙｐｔｏｎアークランプ
２６である。

音波−光Ｑスイッチ３０は反射鏡２４とロッド１０の対
向端間に挿入されている。

Ｑスイッチは繰返し周期発振器３２によって発生された
パルスＰをゲートすることによって所定の繰返し周期で
Ｑスイッチがゲートされ、繰返しくパルス）周期ゲート
３４を介してＲＦゲート３６へ与えらネ乙。

ＲＦ倍信号ＲＦ発振器３８からゲートへ与えられる。

ゲートパルスＰはＲＦ倍信号増幅器４０へ割込みさせ、
したがってＱスイッチ３０へも割込みさせる。

この割込み時間中に、レーザ出力パルスＬが形成され、
レーザ装置から発射される。

前記通常のＱ切替レーザ装置の動作においては、１つ以
上の大きなレーザ出力パルスＬ／（第２図）は、ゲート
信号源４２で発生されるゲート信号Ｇが繰返し周期ゲー
ト３４へ印加されると発生される。

本発明の方法および装置によって振幅が低減されるのは
、これらの損傷を与える大初期パルスである。

本発明によれば、通常のディジタル論理回路またはアナ
ログ回路の形式で制御回路４４が、ゲート信号源４２と
繰返し周期ゲート３４間に挿入される。

ゲート信号源の出力は制御回路４４の入力に接続されて
おり、制御回路の出力は繰返し周期ゲートの入力へ接続
されている。

制御回路のこの部分は前に述べたＱ切替電子装置へ印加
されるゲート信号げに対して所定時間の遅延を与えるよ
うに動作する。

制御回路４４の第２出力は直流源２８へ接続さ４れてお
り、これは所定量Ｃ′だけ所定時間ｔの間アークランプ
２６への電流を低減している。

図示のレーザ装置において、正規の動作中に直流源は約
１５〜２０アンペアの電流をクリプトンアークランプへ
与えることができる。

制御回路４４によって与えられる電流の低減は約５アン
ペアであり、この低減された電流が与えられる時間ｔは
ゲート信号げに対して与えられる時間遅延と同じである
。

図示のレーザ装置においては、ゲートパルスＰの繰返し
速度、したがってレーザ出力パルスＬの周期は約１ミリ
秒以下である。

したがって、少なくとも１／２ミリ秒の遅延がゲート信
号がゲート３４へ与えられるのに必要であり、かつ低減
電流がアークランプへ与えられるのに必要である。

他方、最大繰返し周期約１ミリ秒以上の遅延は不必要で
あり逆に損失生成時間に寄与する。

パルス列の開始で１つ以上の初期高振幅レーザパルスＬ
／／がレベル化される、すなわちパルス列で後続のパル
スＬの振幅とほぼ等しいか僅か低く低減されるのは制御
回路４４によって与えられるよウニ遅延ゲートパルスα
がＱ切替え電子装置へ与えられかつ低減電流Ｃ′がアク
ランプへ与えられるためである。

このことは、低減ランプ電流の時間を中に、励起状態の
分布（母集団）が自然非レーザ発射によって低減される
。

レーザ装置をゲートすること、すなわち時間ｔにおける
Ｑスイッチを開放することによって、該分布を更に低減
することによるレーザロッドに蓄積されたエネルギーを
放出する結果となる。

低減ランプ電流Ｃ′と時間遅延ｔについて適正な条件を
選択することによって、このように発生された低減ラン
プ電流に対して異常に大きな最初の１つまたは２〜３の
レーザパルス「は、電流レベルＣで絶えず発生される後
続のレーザパルスの振幅にほぼ等しいか僅か小さいが、
前記電流レベルというのはパルスＬ／／によって蓄積さ
れたエネルギーの放出につづいてランプの状態が元に戻
されるレベルである。

一般に、本発明による効果的な性能に対する基本的な要
件というのは下記の点である。

すなわちアークランプ２６で与えられるポンピング光レ
ベルあるいは他のポンピング源のレベルがある時間でか
つ下記に述べるレベルを下らないレベルにロッド１０ま
たは他のレーザ媒体に蓄積されｈエネルギーを低減する
のに十分な量だけ低減することである。

なお、先のレベルというのは、動作繰返し周期ポンピン
グ源レベルでレーザパルス間の時間内に通常リカバーす
るレベルである。

実際には、ランプ電流したがって光レベルの低減は、図
示の実施例では、Ｑスイッチをゲートするのに先立って
約１／２ミｌＪ秒間正規のものから約２５％〜３５％の
間で行なわれたが、該低減が時間と電流の良好な組合わ
せであることが判った。

当業者には明らかなことであるが種々の変更、変化が前
述した詳細で行なうことができる。

例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザロッドはルビーまたは他の
型式の固体レーザロッドであるとかエネルギーを蓄積す
ることができる他の型式のレーザ装置によって置換可能
である。

後者の型式の例ではＣＯ２ガスレーザ装置があり、これ
は電気的にポンプされるようになっている。

クリプトンアークランプは、また、クセノン等のごとき
他の連続的にポンプされる光源または他の型式のポンピ
ング媒体によって置換されうる。

音波−光Ｑスイッチは電気回路の対応する変更により電
気光Ｑスイッチによって置換することができる。

ポンピング媒体用の電流源は、ＲＦ１直流等のような種
々の型式のもので、レーザパルス周期に対して十分な周
期で変化されうることか可能で制御しようとするパルス
間の入力特性の変化を行なうものであればよい。

図示の実施例用の直流源は１００マイクロ秒当り５アン
ペアの大きな率であることが可能な高周波応答形のもの
がよい。

電流低減の大きさおよび時間の他の組合わせが、レーザ
出力パルスレベル化の特性の条件において選択すること
ができる。

これらの変更は本発明の精神と範囲から逸脱せずに所望
により行ないうる。

本発明の実施の態様は下記の通りである。

１、 レーザ媒体と、連続ポンピング源と、Ｑスイッチ
並びに該Ｑスイッチ用の電気ゲート信号源と、前記ポン
ピング源に接続されある時間でかつ動作繰返し周期でか
つポンピング源レベルでレーザパルス間の時間で通常リ
カバーするレベルを越えないレベルに前記レーザ媒体に
蓄積されたエネルギーを低減するのに十分な量だけ前記
ポンピングレベルを低減する電気制御回路手段と、およ
び前記ゲート信号源に接続され前記ポンピングレベルが
低減される時間にほぼ等しい時間でゲート信号を遅延さ
せる制御回路手段とを備えたことを特徴とするＱ切替レ
ーザ装置。

２、前記第１０項に記載のレーザ装置において、レーザ
媒体は固体レーザロッドとなっており、ポンピング源は
連続的にポンプされる電気的光源となっており、かつ電
気制御回路手段は前記光源に接続されある時間でかつ動
作繰返し速度とポンピング光レベルでレーザパルス間の
時間の間通常リカバーするであろうレベルを越えないレ
ベルにレーザロッド中に蓄積されたエネルギーを低減さ
せるのに十分な量だけ低減し、前記制御回路手段はゲー
ト信号源に接続されポンピング光レベルが低減される時
間にほぼ等しい時間、前記ゲート信号を遅延させるよう
にしているＱ切替レーザ装置。

３、前記第１１項に記載の装置において、ポンピング源
は電気ランプであり、電気的ゲート信号源は出力と前記
Ｑスイッチに接続された出力を有する電気的繰返し周期
ゲートを有しており、かつ前記電気制御回路手段は前記
ゲート信号源の出力に接続された入力を有するディジタ
ル論理回路またはアナログ回路と、電気ランプ電流源に
接続されそのポンピング光レベルを低減する第１の出力
と、ポンピング光レベルが低減される時間にほぼ等しい
時間、後者の作動を遅延する第２の出力とを備えている
Ｑ切替レーザ装置。

４、前記第１６項に記載の装置において、レーザ媒体は
Ｎｄ−ＹＡＧレーザロッドとなっており、ポンピング源
は約１５〜２０アンペアの電流を前記ランプへ供給する
ことが可能な電流源に接続されたクリプトンアークラン
プであり、前記電気的ゲート信号源は出力と、繰返し周
期ゲートを介してＱスイッチへ接続された出力を有しか
つ約１ミリ秒以下の時間サイクルで前記Ｑスイッチを脱
勢するように作動可能な電気繰返し周期発振器と、およ
び電気制御回路を備え、該電気制御回路は前記ゲート信
号源の出力へ接続された入力を有するディジタル論理回
路と、直流源に接続され約１／２ミリ秒の時間だけ約５
アンペアをその出力を低減する第１の出力と、繰返し周
期ゲートの入力に接続され前期直流源からの電流が低減
される時間にほぼ等しい時間前記ゲートの動作を遅延さ
せる第２の出力とを備えているＱ切替レーザ装置。

５、 レーザ媒体、連続ポンピング源、Ｑスイッチおよ
び該Ｑスイッチ用の電気ゲート信号源を有するＱ切替レ
ーザ装置の出力パルス列の開始で最初の高振幅レーザ出
力パルスの振幅を低減する方法において、動作電気繰返
し周期発振器と、および電気制御回路を備え、該電気制
御回路は前記ゲート信号源の出力へ接続された入力を有
するディジタル論理回路と、直流源に接続され約１／２
ミｌＪ秒の時間だけ約５アンペアをその出力を低減する
第１の出力と、繰返し周期ゲートの入力に接続され前記
直流源からの電流が低減される時間にほぼ等しい時間電
気ゲートの動作を遅延させる第２の出力とを備えている
Ｑ切替レーザ装置。

６、前記第５６項に記載の装置において、前記連続ポン
ピング源は電気的光源であるＱ切替レーザ装置。

７、 Ｎｄ−ＹＡＧレーザロッド、クリプトンアーク
ランプに接続されかつ前記ランプへ１５〜２０アンペア
の電流を供給しうる出力を有する直流源と、Ｑスイッチ
と、繰返し周期ゲートを介して接続され約１ミリ秒の時
間サイクルで前記Ｑスイッチを脱勢することが可能な出
力を有する電気的繰返し周期発振器とを有するＱスイッ
チレーザ装置における出力パルスのストリングの開始で
初期の高振幅レーザ出力パルスの振幅を低減する方法に
おいて、該方法は約１／２ミＩＪ秒の時間だけ約５アン
ペア、ランプ電流を低減し、はぼ同じ時間で繰返し周期
ゲートの付勢を遅延させる段階を備えた前記方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化しているレーザ出力パルス振幅
制御方法および装置を示すブロック図であり、第２図は
第１図の装置の動作を示すレーザ出力と電気信号の波形
を示す図である。 図中、１０はＮｄ−ＹＡＧロッド、１２は熱交換器、１
４はポンプ、２８は電流源、３０はＱスイッチ、３４は
繰返し周期ゲート、３２は繰返し周器発振器、３６はゲ
ート、３８は発振器、４２はゲート信号源、４４は制御
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ媒体、連続ポンピング源、Ｑスイッチ、およ
   び該Ｑスイッチ用の電気ゲート信号源を有するＱ切替レ
   ーザ装置の出力パルス列の開始で最初の高振幅レーザ出
   力パルスの振幅を低減する方法において、電気ランプへ
   の電流を制御することによって、動作繰返し周期でのレ
   ーザパルス間の時間で通常リカバーするレベルを越えな
   いレベルおよびポンピング源しベルヘレーザ媒体に蓄積
   されたエネルギーを低減するのに十分な量だけポンピン
   グレベルを低減するようにしたことを特徴とする上記方
   法。 ２ レーザ媒体と、連続ポンピング源と、Ｑスイッチ並
   びに該Ｑスイッチ用の電気ゲート信号源と、前記ポンピ
   ング源としての電気ランプに接続され、ある時間でかつ
   動作繰返し周期でかつポンピング源のポンピングレベル
   でレーザパルス間の時間で通常リカバーするレベルを越
   え−ないレベルに前記レーザ媒体に蓄積されたエネルギ
   ーを低減するのに十分な量だけ前記ポンピングレベルを
   低減する電気制御回路手段とを備え、電気制御回路手段
   は前記ポンピングレベルが低減される時間にほぼ等しい
   時間でゲート信号を遅延させる前記ゲート信号源に接続
   されていることを特徴とするＱ切替レーザ装置。